加快AIS与激光传感技术强化对船舶动态监管

    何建春++王立岷++赵筠++祝海东

    

    

    摘 要：本文对船舶自动识别系统（AIS）与激光传感器对船舶的侧扫技术的融合做出了有益的探索。在AIS获得在航船舶身份信息的同时，通过激光传感器还可获取船舶的长宽、干舷高度、超载超限等信息，可为内河航道的海事监管工作提供有效的动态船舶管理数据。

    关键词：AIS 船舶身份 激光传感器船舶扫测 融合

    船舶自动识别系统（Automatic Identification System简称AIS系统），由岸基（基站）设施和船载设备共同组成，是集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。

    AIS配合全球定位系统（GPS）可提供包含船舶的名称、呼号、九位码（MMSI）、船舶类型、船长、船宽等船舶静态数据；船舶的经度、纬度、船首向、航迹、航速等船舶动态数据。目前，在京杭运河流域航行的内河船舶已有90%以上安装了AIS的B型终端系统。内河船舶AIS的安装，可为海事管理提供直观的船舶定位，实时动态查询及历史轨迹追踪等服务，解决了内河海事管理多年的困扰，对船舶交通管理具有一定的监督能力，在海事管理方面具有广阔的应用前景。

    激光传感器的船舶交通量观测系统是一种基于岸基对船舶进行主动式激光扫描的检测系统，系统通过激光传感器对船舶进行的不间断的扫描检测，得到船舶的长宽、形深、干舷高度等数据，实现对内河航道的船舶交通量的全天候的自动监管。但是，该系统也存在一定的局限性，无法获得船舶的身份信息。

    AIS与激光传感数据的融合，既可以获得船舶的身份信息，又可以获取船舶的航向、长宽、干舷高度、空重载等动静态信息，通过与船舶AIS数据库中信息的比对，可判别出船舶的超载超限等违章行为，为海事的安全监管提供了实时、有效的管理数据。

    系统原理

    1、系统数据来源

    AIS数据来源：船讯网AIS数据；杭州新世纪船舶AIS数据库。

    激光传感器数据：由安装在嘉兴京杭运河思古桥的船舶激光扫测系统获取。

    2、系统原理

    AIS信息的获取及匹配：在船讯网的GIS图上，凡是安装了

    AIS并开机的船舶均有实时显示，当船舶航行至思古桥观测点时，自动触发激光器传感器对其进行扫描获取船舶的航向、长宽、干舷、空重载信息，同时，系统触发查看船讯网和杭州新世纪GIS后台数据库，得到船舶的名称、长宽、吃水、航向、航速、经纬度等动静态信息并进行匹配。

    实验方法

    1、船讯网AIS信息与嘉兴港航局AIS数据库的比对

    以船讯网AIS信息为标准，对比系统数库中采集到的船舶信息，包括船舶九位码、船名船号、经度和纬度等信息。例如：

    图1为2014年11月18日15：33：36船讯网中某船舶的瞬时信息：其中船名为ZHONGWEIJI0888，呼号为空，九位码：413765687，IMO为空，类型：货船，状态：靠船帆提供动力，船长50米，船宽10米，吃水3米，船艏向179度，航迹向179.5度，航速4.7节，纬度30-49.858N，经度120-33.261E，目的地：0，预到时间：0，最后时间：2014-11-18 15：33：36。

    图 1 船讯网船舶信息

    图2为系统数据库中该船舶的详细信息，有船名船号：中伟机0888，AIS识别号：413765687，船舶登记号：2010H2100218，船检登记号：2010H2100218，船籍港名称：泰州，船舶类型：货船，总吨位：541吨，净吨位：302吨，参考载货量：800吨，总长：49.8米，船厂0米，量吨甲板长49.3米，船宽10米，型深3.55米，船员总数0人，乘客总数0人，船舶所有人为空，船舶经营人为空，所有人联系电话为空，经营人联系电话为空。

    系统同时在嘉兴港航局AIS数据库中获取的船舶动态AIS信息为：{"aissbh"："413765687"，"cbmc"："中伟机0888"，"fx"：179，"jd"：120.55435666666666，"sd"：4.7，"sj"："2014-11-18 15：34：18"，"wd"：30.830971666666667，"zt"：1}。九位码：413765687，船名船号：中伟机0888，航向：179，经度120.55435666666666E，速度：4.7米/每秒，时间2014-11-18 15：34：18，纬度：30.830971666666667N，状态：1。

    通过二者的比对，我们发现：船舶的九位码、船名船号、船舶长、宽、经纬度、航速、船艏等基本信息均为一致（船讯网为拼音）。

    2、AIS开机率测试

    AIS开机率的测试：以实际通过京杭运河嘉兴段思古桥观测点的船舶数量作为基准，在测试时间段的AIS开机率如下：

    由上述数据可得到以下结果：

    3、单船情景AIS信息的匹配

    单船定义：在船舶通过观测点附近上下游方向各500米范围内，只有一条船舶，此情景为单船。

    以2014年11月19日14：27～16：09时间段为例，当船舶在船讯网的GIS图中，距思古桥500米附近并驶向观测点时，查看观测点的视频，当船舶通过观测点时，确认在视频中和船讯网中同时均只有一条船舶（单船情景），记录船讯网的船舶九位码，进行匹配。

    依照上述方法进行匹配测试，对11月24日至25日船讯网的AIS数据匹配后得到如下结果：

    4、多船情景AIS信息的匹配

    多船定义：在船舶通过观测点附近上下游方向各500米范围内，只有多条船舶，此情景为多船。

    多船情景下，通常有以下几种情况：①船舶行驶方向相同；②船舶行驶方向相反；③船舶的行驶速度差异明显；④船舶的行驶速度无明显差异；⑤船舶大小有明显差异；⑥船舶大小无明显差异；

    上述情景中，除船舶行驶方向相同，大小、航速无明显差异情况外，其余均可通过对船舶的行驶方向、航速、大小等条件分别进行匹配。

    对于行驶方向相同，大小、航速无明显差异船舶的区分，则需通过对船舶在观测点附近航道中GPS相对的位置信息，进行精确计算后加以区分并匹配。

    依照上述方法，在嘉兴新运桥观测点进行匹配测试，对2015年3月23日至27日的多船情景下的AIS数据匹配后得到如下结果：

    测试结论

    本次测试结果表明：

    利用AIS与激光传感技术的融合，可对船舶身份进行识别。在单船情景下，匹配率可达100%，在多船情景下，匹配率也可达到80%以上。

    在测试期间，嘉兴区域内航行船舶AIS的开机率在30%以内。

    本测试数据初步表明，船讯网和嘉兴环境AIS系统对船舶AIS的开机检测率均可达到85%以上。

    结语

    通过激光传感器触发获取船舶的AIS信息，并与激光船舶数据进行匹配，可将船舶身份与船舶的激光扫描数据融合，对在航船舶的身份进行识别的同时，还可得到该船的实际长宽、干舷高度、空重载、超载超限等动态信息，特别是在交通部取消船舶报港制度后，可为内河航道的海事监管提供有效的动态船舶管理数据。

    我们相信，随着科学技术的不断进步和发展和海事部门监管力度的加强，AIS开机率将不断提高，AIS的数据将会得到更加广泛的利用，在海事的日常监管工作中发挥更大的作用。 （第一作者单位：嘉兴市港航管理局）